飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)

前言

作者編寫《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》一書的宗旨是進一步將航空與航天飛行器結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)融為一體，更好地適應(yīng)當(dāng)前和今后一段時期本科生與研究生教學(xué)的需求，并希望它能成為一部既可作為飛行器設(shè)計學(xué)科教學(xué)的主要教材，又可作為航空和航天技術(shù)人員的參考書。《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》以部件分析與設(shè)計為主線，盡可能將同一類部件的相關(guān)內(nèi)容和知識組織在一起，進一步歸納、總結(jié)，提煉各種飛行器的共同點，闡述它們在結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計原理、方法等方面的共性，將各種飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)有機地結(jié)合在一起，對于《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》在前一部件中用到并已介紹過的技術(shù)與知識，在后述部件中只對其特點作簡要介紹?？茖W(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，近五年來已有許多新成果。《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》力求將最新的飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)編寫在相關(guān)章節(jié)中。改版后的教材力求內(nèi)容精練，重點突出。全書共分7章。第1章敘述飛行器的分類、組成和設(shè)計的一般過程。第2章介紹飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計思想演變和發(fā)展，重點介紹飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計的思想與技術(shù)。第3章介紹飛行器的外載荷和設(shè)計情況。第4章和第5章介紹飛行器機體結(jié)構(gòu)的特點、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的基本概念，設(shè)計原理、準則與方法。第6章介紹飛行器起落裝置的形式及其結(jié)構(gòu)特點，基本原理和設(shè)計方法。鑒于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的特點，其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計原理、方法與金屬結(jié)構(gòu)有很多不同之處，故于第7章中專題進行介紹。參加本次再版修訂工作的有酈正能（第3、5章部分）、程小全（第7章，第4章部分），方衛(wèi)國（第1、2章，第4章部分）、賈玉紅（第6章）、張玉珠（第3、5章部分）、張紀奎（第5章部分）。酈正能任主編，程小全、方衛(wèi)國任副主編。《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》以原版內(nèi)容為基礎(chǔ)，同時參考了國內(nèi)外的最新文獻資料，在此，對原版書的作者深表感謝?！讹w行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》的再版修訂得到了國家教育部、北京市教育委員會和北京航空航天大學(xué)等單位的資助和支持，在此一并致謝。在再版修訂過程中，我們力求闡述既系統(tǒng)準確，又通俗易懂。但由于《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》內(nèi)容涉及面廣，加上我們的水平有限，書中定有不盡如人意之處。對《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》存在的不足之處，至誠希望專家、讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　航空航天飛行器是一個國家科學(xué)技術(shù)進步的標志和綜合國力的體現(xiàn)。航空航天技術(shù)是20世紀以來發(fā)展最迅速的技術(shù)領(lǐng)域之一。《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)（第2版）》立足于迅速發(fā)展的環(huán)境，以飛行器結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計為中心內(nèi)容，首次將航空飛行器與航天飛行器結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計融為一體，進行全面系統(tǒng)的闡述。全書闡述各種飛行器的典型結(jié)構(gòu)組成和特點，結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的基本概念，設(shè)計原理、準則和方法?？偨Y(jié)分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計思想的演變和發(fā)展方向，重點介紹飛機綜合設(shè)計技術(shù)、新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和研制模式。同時設(shè)專門章節(jié)介紹先進復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)，并較系統(tǒng)地介紹了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計特點、原理和方法；對航空飛行器和航天飛行器的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計和特點也進行專門的介紹?！　　讹w行器結(jié)構(gòu)學(xué)（第2版）》為高等院校航空和宇航工程類專業(yè)的教材，也可供從事飛行器設(shè)計和研究人員參考。

書籍目錄

第1章 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計引論11.1 飛行器的分類和用途11.1.1 航空器11.1.2 航天器21.1.3 火箭和導(dǎo)彈41.2 飛行器的主要組成部分及功用51.2.1 航空器的主要組成部分及其功用51.2.2 航天器的主要組成部分及其功用71.2.3 火箭和導(dǎo)彈的主要組成部分及其功用141.3 飛行器研制的一般程序171.3.1 飛機、導(dǎo)彈研制的一般程序181.3.2 航天器研制的一般程序20習(xí)題21第2章 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計思想和方法222.1 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計思想的演變222.1.1 靜強度和剛度設(shè)計階段222.1.2 強度、剛度和疲勞安全壽命設(shè)計階段242.1.3 強度、剛度、損傷容限和耐久性（經(jīng)濟壽命）設(shè)計階段252.1.4 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計階段272.2 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容282.3 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法332.3.1 結(jié)構(gòu)有限元分析方法332.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計372.3.3 數(shù)字化設(shè)計402.3.4 多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化42習(xí)題44第3章 飛行器的外載荷和設(shè)計情況453.1 飛行器的外載荷和過載453.1.1 作用在飛行器上的外載荷453.1.2 過載和過載系數(shù)463.2 安全系數(shù)與設(shè)計載荷523.2.1 使用載荷523.2.2 設(shè)計載荷523.2.3 安全系數(shù)533.3 飛機設(shè)計情況543.3.1 典型飛行情況和機動過載543.3.2 飛機對稱機動飛行包線和相應(yīng)參數(shù)確定573.3.3 突風(fēng)過載飛行包線643.3.4 彈性變形引起載荷修正653.3.5 飛機在起飛降落過程中的載荷663.3.6 其他特殊情況載荷683.4 導(dǎo)彈或火箭的設(shè)計載荷693.4.1 地面載荷703.4.2 空中載荷753.5 航天器的設(shè)計載荷78習(xí)題79第4章 飛行器翼面結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計804.1 翼面的功用與設(shè)計要求804.2 翼面的載荷與內(nèi)力824.3 翼面主要受力構(gòu)件的用途和結(jié)構(gòu)844.4 翼面結(jié)構(gòu)形式894.5 典型翼面結(jié)構(gòu)的傳力分析954.5.1 傳力分析的一般原理954.5.2 翼面典型結(jié)構(gòu)形式傳力分析1004.5.3 翼面對接處和翼身連接結(jié)構(gòu)的傳力1124.6 后掠翼的結(jié)構(gòu)特點與受力分析1244.6.1 后掠翼的結(jié)構(gòu)和受力特點1244.6.2 后掠翼根部的傳力特點1264.6.3 變后掠翼和前掠翼的結(jié)構(gòu)與承力特點1334.7 三角翼的結(jié)構(gòu)特點與受力分析1394.8 翼面結(jié)構(gòu)形式的確定與結(jié)構(gòu)布置1434.8.1 翼面結(jié)構(gòu)設(shè)計的原始依據(jù)、工作內(nèi)容與步驟1434.8.2 翼面結(jié)構(gòu)布局設(shè)計1444.9 翼面結(jié)構(gòu)元件設(shè)計1574.1 0翼面開口區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計1724.1 1尾翼與操縱面結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計1814.1 2翼面增升裝置1964.1 3折疊翼面結(jié)構(gòu)設(shè)計2014.1 3.1 艦載飛機的折疊翼2024.1 3.2 折疊彈翼2034.1 4旋翼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2064.1 5飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計的氣動加熱問題2134.1 5.1 氣動加熱現(xiàn)象2134.1 5.2 氣動加熱對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響及防護措施2154.1 5.3 飛船（航天飛機）的防熱結(jié)構(gòu)2164.1 6飛行器結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計和氣動彈性問題2224.1 6.1 飛行器結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計2224.1 6.2 翼面變形對氣動載荷的影響2244.1 6.3 翼面的扭轉(zhuǎn)變形擴大2254.1 6.4 超聲速飛行中的彎曲變形擴大2264.1 6.5 操縱面反效2274.1 6.6 顫振228習(xí)題231第5章 飛行器機體結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計2385．1機體結(jié)構(gòu)的功用、結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求2385.1.1 功用2385.1.2 結(jié)構(gòu)特點2385.1.3 設(shè)計要求2405.2 機體結(jié)構(gòu)的載荷及其平衡2415.2.1 機體的主要外載荷2415.2.2 總體受力特點與載荷平衡2435.3 典型結(jié)構(gòu)形式及傳力分析2455.3.1 典型結(jié)構(gòu)元件及其功用2455.3.2 典型結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布局設(shè)計2465.3.3 典型結(jié)構(gòu)的傳力分析2595.4 加強框的受力分析和設(shè)計2695.4.1 加強框的結(jié)構(gòu)形式及其受力分析2695.4.2 加強框的設(shè)計2765.5 開口區(qū)結(jié)構(gòu)受力分析和設(shè)計2815.5.1 開口和口蓋的分類2825.5.2 開口區(qū)受力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計2845.6 機體的連接和分離機構(gòu)設(shè)計2915.6.1 起落架與機體連接2915.6.2 發(fā)動機在機體上的安裝2945.6.3 機體設(shè)計分離面的對接和分離機構(gòu)設(shè)計2985.7 氣密艙和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計3085.7.1 氣密艙設(shè)計3085.7.2 整體油箱（貯箱）325習(xí)題333第6章 飛行器起落裝置設(shè)計3376.1 飛機起落架的布置形式及設(shè)計要求3376.1.1 起落架的功用和組成3376.1.2 起落架的布置形式3376.1.3 起落架的設(shè)計要求3416.2 飛機起落架的外載荷3446.2.1 著陸過載3446.2.2 著陸時減震系統(tǒng)吸收的功量3456.2.3 起落架的外載荷3456.3 飛機起落架的結(jié)構(gòu)形式和受力分析3486.3.1 桁架式起落架3486.3.2 梁式起落架3486.3.3 混合式起落架3556.3.4 多輪小車式起落架3566.4 飛機前起落架構(gòu)造3576.4.1 穩(wěn)定距3576.4.2 擺振3586.4.3 減擺器3586.4.4 轉(zhuǎn)向機構(gòu)和糾偏機構(gòu)3606.5 飛機起落架緩沖裝置3616.5.1 起落架減震器的要求3616.5.2 減震器的類型3626.5.3 油氣式減震器的構(gòu)造和工作原理3646.5.4 油氣式減震器的工作特性3666.5.5 減震器的特性系數(shù)和性能調(diào)節(jié)裝置3696.5.6 全油液式減震器的構(gòu)造和工作原理3726.5.7 雙氣室油氣減震器3736.5.8 主動控制起落架3736.6 航天器起落裝置3766.6.1 航天飛機起落裝置3766.6.2 航天器軟著陸裝置379習(xí)題381第7章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計3827.1 復(fù)合材料性能特點及其在飛行器結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用3827.1.1 層合板的表示方法與材料工程常數(shù)3827.1.2 層合板的性能剪裁與強度估算3857.1.3 復(fù)合材料濕熱環(huán)境性能3897.1.4 復(fù)合材料耐久性／損傷容限特點3907.1.5 復(fù)合材料在飛行器結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用3927.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造技術(shù)3977.2.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造工藝特點3977.2.2 復(fù)合材料制造工藝方法3987.2.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制4027.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計選材與設(shè)計許用值確定4047.3.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計選材原則4047.3.2 原材料性能及其選擇4047.3.3 飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計選材分析4077.3.4 設(shè)計許用值的確定4087.4 復(fù)合材料飛行器結(jié)構(gòu)典型形式4127.4.1 復(fù)合材料翼盒類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式4127.4.2 復(fù)合材料直升機旋翼槳葉的結(jié)構(gòu)形式4167.4.3 復(fù)合材料機身的結(jié)構(gòu)形式4187.4.4 復(fù)合材料直升機機體結(jié)構(gòu)形式4197.4.5 復(fù)合材料彈/箭身的結(jié)構(gòu)形式4217.5 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計4227.5.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般要求與設(shè)計步驟4227.5.2 層合板設(shè)計4247.5.3 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計4327.5.4 結(jié)構(gòu)件設(shè)計4377.5.5 結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計4447.5.6 結(jié)構(gòu)連接設(shè)計4487.5.7 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可修理性設(shè)計4527.6 復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)4547.6.1 復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用4547.6.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體化的技術(shù)保障4567.6.3 后機身球面框整體結(jié)構(gòu)制造技術(shù)457習(xí)題460參考文獻462

章節(jié)摘錄

插圖：3.并行產(chǎn)品定義并行產(chǎn)品定義（CPD）是一種并行工程方法，它包括產(chǎn)品各部分的同時設(shè)計和綜合，以及對設(shè)計、制造和支持過程的協(xié)調(diào)。這一方法使開發(fā)人員一開始就能考慮到產(chǎn)品全壽命周期里的所有環(huán)節(jié)，包括從項目規(guī)劃到產(chǎn)品交付的有關(guān)質(zhì)量、成本、周期和用戶要求等。CPD的應(yīng)用可以帶來如下效益：在早期產(chǎn)品設(shè)計中，由于工程更改單的激劇減少，設(shè)計質(zhì)量將會得到提高；由于把產(chǎn)品設(shè)計和制造的順序方式改變成并行方式，將減少產(chǎn)品開發(fā)時間；通過使多種功能和學(xué)科集成到產(chǎn)品設(shè)計過程中，將降低制造成本；通過產(chǎn)品和設(shè)計過程的優(yōu)化處理，可大大減少廢品和返工現(xiàn)象。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)為實現(xiàn)CFD提供了平臺和支持框架。PDM起源于CAD的文件管理和工程技術(shù)領(lǐng)域的圖紙管理、文件的審批和發(fā)放。PDM將所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程集成在一起。產(chǎn)品相關(guān)信息包括任何屬于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，如CAD／CAPP／CAM文件、材料清單（BOM）、產(chǎn)品配置、產(chǎn)品訂單、電子表格、生產(chǎn)成本、供應(yīng)商狀態(tài)等等；產(chǎn)品相關(guān)過程包括加工工序、加工指南和有關(guān)批準、使用權(quán)、安全、工作的標準和方法、工作流程、機構(gòu)關(guān)系等所有過程處理的程序，包括產(chǎn)品生命周期的所有文檔。PDM為產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)造一個虛擬的工作環(huán)境，使整個企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程在統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)字化模型上進行工作。國內(nèi)的數(shù)字設(shè)計技術(shù)研究始于20世紀90年代中期，產(chǎn)品數(shù)字化定義、虛擬裝配、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)字化樣機、設(shè)計與制造信息集成、并行工程等技術(shù)取得了重大的進步。計算機輔助三維設(shè)計／制造軟件得到廣泛應(yīng)用，如CATIA。三維數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)體系正在逐步形成，研制中的幾個重點型號工程在不同程度上采用了這項技術(shù)，這項技術(shù)的應(yīng)用在縮短研制周期、降低成本、提高質(zhì)量方面已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。2.3.4  多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)只是整個飛行器設(shè)計的一個子系統(tǒng)，雖然單獨的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量，但在整個飛行器系統(tǒng)中不一定能產(chǎn)生理想的效果，甚至可能產(chǎn)生不利于其他子系統(tǒng)的作用。因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮其參數(shù)對整個飛行器系統(tǒng)性能的影響，不僅要考慮對其他子系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的影響，還應(yīng)考慮總體設(shè)計中各物理現(xiàn)象的相互作用?？紤]多個子系統(tǒng)之間的相互影響能夠更好地提高飛行器整體系統(tǒng)的性能，這就是多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化（MDO）。1.MDO基本思想傳統(tǒng)的飛行器設(shè)計在實踐中各個學(xué)科之間基本上是分離設(shè)計的。例如，在氣動設(shè)計時僅通過質(zhì)量控制來考慮對結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時氣動外形是固定的，這兩個學(xué)科的設(shè)計領(lǐng)域被順序執(zhí)行。然后再對氣動和結(jié)構(gòu)組合后的系統(tǒng)進行分析以確定它在某個范圍內(nèi)的性能，通過這種分析來得到為補救問題所需要采取的設(shè)計修改和調(diào)整。

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《飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)(第2版)》是由北京航空航天大學(xué)出版社出版

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